Biyorafinasyon ve Yağ Asitleri

İnsan nüfusunun ve küresel ekonominin hızla büyümesi kaçınılmaz bir şekilde aşırı atık üretime sebep olmuştur. Bu noktada uygun ve sürdürülebilir atık yönetimi, yaşanabilir çevrenin bozulmasını en aza indirgeyebilmek için araştırmaya ve çalışmaya değer bir konudur. Bu araştırma alanındaki birçok konudan biri, oluşan yüksek miktarda gıda atıklarından ekonomik olarak uçucu yağ elde edilebilmesi ve bu eldenin biyorafinasyon alanında değerlendirilebilmesidir.

Biyorafinasyon, çevre yönetiminde inovatif bir yaklaşımdır. Şöyle ki, atık olarak nitelendirilen ürünlerin biyoyakıt ya da biyoürün üretimi için değerli bir kaynak olarak  değerlendirilebileceği fikrine dayanır. Gıda atıkları ekonomik, sürekli temin edilebilir bir kaynak olması gibi birçok yönüyle uçucu yağ eldesi için uygundur.

Uçucu yağ asitleri, lineer kısa zincirli alifatik mono karboksilat bileşikleridir. Bu yağ asitlerinin eldesi çoğunlukla kimyasal yolla olmakla birlikte mikrobiyal yolla eldesi de son yıllarda yükselen araştırma çizgisidir. Çünkü petrol kaynaklı plastik yerine, biyoçözünebilir plastik benzeri ürünler üretimi için kullanılan ‘polihidroksialkanoat’ların (PHAs) sentezinde uçucu yağ asitleri ana kaynak olarak değerlendirilmektedir.

Literatürde ve endüstride gıda atıklarından uçucu yağ eldesin de öncelikle dikkat edilen nokta deney dizaynı olmuştur. Bunun için öncelikle var olan gıda atığının karbonhidrat, protein, yağ, nitrojen ve fosfor içerikleri ile pH gibi fermantasyon parametrelerini etkiyebilecek karakterizasyonu incelenmiştir. Yapılan deneyler sonucunda gıda atığında yüksek oranda organik madde (100-150 g COD/L), nitrojen (2-15 g/L) ve fosfor (0,5-1,0 g/L) içerik aralıkları bildirilmiştir.

Sonrası, artık fermantasyon için karbon kaynağı olarak gördüğümüz bu atığın ön işlemine karar verme noktasıdır. Ön işlemler fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak ayrılır. Fiziksel ön işlem için öğütme gibi yöntemlerle yüzey alanını arttırma; kimyasal ön işlem için kullanılacak kimyasalların yüksek maliyeti ve saf olarak geri kazanılabilme becerileri; biyolojik ön işlem için enzim ile ön işlemin şeker üretimini teşvik etmesi gibi noktalar kullanılacak deney dizaynı için hem pozitif hem de negatif olarak değerlendirilip literatürde yer verilmiştir. Önerilen ön işlem ise kimyasal yöntem (0,5-3% HCl ve H2SO4) ya da termal yöntem (140–170°C) olduğu bildirilmiştir.

Deney dizaynının en önemli noktası fermantasyon için uygulama parametreleri; pH, sıcaklık, hidrolik tutma süresi, organik yükleme hızı ve anaerobik fermantasyon için istenen düşük oksijen konsantrasyonu değerlendirilmesidir. Bu noktada uçucu yağ asit konsantrasyonunu %10-25 civarı arttıran parametreler; pH (6.0–7.0), kısa hidrolik tutma süresi (1–7 gün), yüksek sıcaklıklar ve organik yükleme hızı (≈10 gTS/Ld) olarak bildirmiştir.

Bu aşamalar sonucunda elde edilen uçucu yağ asitlerini; sıvı-sıvı ekstraksiyonu, membran ayırma ve adsorpsiyon, iyon değiştirme metotlarından biriyle uygun konsantrasyon ve saflığı ayarlandıktan sonra asıl istenilen uygulamaya bakmak gerekir.

Yazının başında da bahsedildiği gibi uçucu yağ asitlerinin en sık rastlanılan kullanım alanı plastik benzeri olan polihidroksialkanoatlar üretiminde doğrudan metabolik öncü olarak tercih edilmesidir. Ayrıca farklı karbon kaynaklarından PHA üretebilen sınıflandırılmış 90’dan fazla bakteri olması sürdürülebilirlik alanında artan birçok araştırmaya dayanmaktadır. Diğer uygulama alanları ise biyoenerji için biyogaz ve biyo-hidrojen üretmektir.

Sürdürülebilirliğin sadece araştırmada kalmaması, Türkiye’de de daha dikkate alınır bir şekilde yaygınlaşması ve farkındalığın artması ancak endüstrinin ve akademik çalışmaların kolektif bir şekilde yürütülmesiyle mümkün olacağına inanıyorum. 

Kaynaklar:

Chalima, A., Oliver, L., De Castro, L. F., Karnaouri, A., Dietrich, T., & Topakas, E. (2017). Utilization of volatile fatty acids from microalgae for the production of high added value compounds. Fermantation,3(4), 1–17. https://doi.org/10.3390/fermentation3040054

Gustavsson, J., Cederberg, C., Sonesson, U., & Emanuelsson, A. (2013). The methodology of the FAO study : “ Global Food Losses and Food Waste - extent , causes and prevention ” - FAO , 2011. Içinde SIK report Nı. 857. Tarihinde adresinden erişildi https://www.divaportal.org/smash/get/diva2:944159/FULLTEXT01.pdf

Lee, W. S., Chua, A. S. M., Yeoh, H. K., & Ngoh, G. C. (2014). A review of the production and applications of waste-derived volatile fatty acids. Chemical Engineering Journal,235, 83–99. https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.09.002

Strazzera, G., Battista, F., Garcia, N. H., Frison, N., & Bolzonella, D. (2018). Volatile fatty acids production from food wastes for biore fi nery platforms : A review. 226 (August), 278–288. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.08.039